一种牡蛎壳粉表面负载不同粒径α‑Fe2O3纳米复合材料的制备方法与流程

本发明属于天然生物材料与合成纳米材料技术领域，特别是牡蛎壳粉表面负载不同粒径α-Fe2O3纳米复合材料的制备方法。

背景技术：

牡蛎壳是沿海一些地区常常被随意丢弃的一种贝壳，其化学成分主要是碳酸钙（占壳总重量的95%以上）和蛋白质（占壳总重量的3%-5%），此外还有一些微量元素和多糖等。牡蛎壳在医学、食品、涂料、肥料等方面具有重要的用途。据统计，我国每年被丢弃的牡蛎壳至少在1亿吨以上，这些被随意丢弃的的贝壳由于其含有机物，在长期的堆放过程中，腐败发臭，不仅对环境造成危害，而且占用了大量的土地资源。如何正确处理这些废弃的牡蛎壳，并将其变废为宝是一个亟须解决的问题。

α-Fe₂O₃纳米粒子具有n型半导体特性，其带隙宽度为2.2 ev，在可见光区具有很强的吸收。因此其在磁记录材料、电子材料、催化剂和水处理、电池材料等方面具有广泛的用途。

目前制备α-Fe₂O₃纳米粒子的方法有很多，主要包括：固相法、液相法、气相法、空气氧化法、溶胶-凝胶法。其中固相法得到的产品纯度不够高，产率又比较低，还有一些副产品等缺点。液相法主要是化学沉淀法，其化学反应速度太快，所得到的沉淀物往往含有大量的结合水，在干燥过程中易引起颗粒团聚。气相法一般采用激光加热法，该方法得到的纳米颗粒没有很好形状，且容易得到别的晶型Fe₂O₃纳米材料。空气氧化法要严格控制空气流量，pH值和通气时间，这些条件都会影响生成的Fe₂O₃含量和晶型。溶胶-凝胶法由于工艺复杂，难以实现工业化生产。

技术实现要素：

考虑到以上这些情况的缺陷，本发明采用天然生物材料牡蛎壳作为模板，FeCl₃•6H₂O作为原料，通过水热法合成粒径可控的贝壳粉-Fe₂O₃纳米复合材料，该合成方法工艺简单，便于操作，且不需要添加任何化学助剂和调试溶液的pH，遂有本案发生。

一种牡蛎壳粉表面负载不同粒径α-Fe₂O₃纳米复合材料的制备方法，采用下面步骤：

（1）将海边或水产市场收集回来的牡蛎壳，用自来水清洗干净，然后放在烘箱中进行干燥，最后研磨成粉状，过筛；

（2）同时在室温条件下配制不同摩尔浓度的FeCl₃溶液；

（3）将步骤（2）得到的不同的浓度的FeCl₃溶液加入步骤（1）中一定量的牡蛎壳粉中，搅拌混合得到淡黄色的混合液；

（4）将步骤（3）得到的淡黄色溶液转移到反应釜中，升温反应；

（5）将步骤（4）升温反应后，得到的混合物冷却到室温，然后将上清液倒掉，将剩下的产物进行洗涤、烘干。

进一步地，步骤1中过筛用100-300目的筛子。

进一步地，步骤2中FeCl₃的浓度在0.01~0.5 mol/L。

进一步地，步骤3中搅拌、混合时间为1~6 h。

进一步地，步骤4中升温反应是在密闭条件下反应，升温到160-220度，反应时间为8~24 h。

进一步地，步骤5中用去离子水洗涤混合溶液，洗涤3~5次。

进一步地，步骤5中干燥温度为30~60 ℃，干燥时间为8~10 h。

本发明的有益效果：

该方法操作简单，得到的成品产率比较高，粒径大小易于控制，不仅能将废弃的牡蛎壳重新回收利用，有效地解决海边环境污染问题，而且所得产品在催化、水处理、涂料、橡胶、塑料、造纸、医药和食品等行业具有重要的应用价值。

附图说明

图1为实施例1中所制备的牡蛎壳粉负载α-Fe₂O₃纳米颗粒的低倍扫描电镜图片。

图2为实施例1中所制备的牡蛎壳粉负载α-Fe₂O₃纳米颗粒的高倍扫描电镜图片。

图3为实施例2中所制备的牡蛎壳粉负载α-Fe₂O₃纳米颗粒的低倍扫描电镜图片。

图4为实施例2中所制备的牡蛎壳粉负载α-Fe₂O₃纳米颗粒的高倍扫描电镜图片。

图5为实施例3中所制备的牡蛎壳粉负载α-Fe₂O₃纳米颗粒的低倍扫描电镜图片。

图6为实施例3中所制备的牡蛎壳粉负载α-Fe₂O₃纳米颗粒的高倍扫描电镜图片。

具体实施方式

实施例1：

将40 ml浓度为0.01 mol/L FeCl₃•6H₂O溶液和0.5 g牡蛎壳粉放入到容量为50 ml的聚四氟乙烯衬套中，加入搅拌子，放在磁力搅拌器上，搅拌混合两个小时，然后将封闭好的聚四氟乙烯衬套放入反应釜中, 并将其置于烘箱中160℃反应10小时，自然冷却到室温后，过滤、洗涤、干燥。得到牡蛎壳粉表面负载粒径约为 20 nm的α-Fe₂O₃纳米颗粒。

实施例2：

将40 ml浓度为0.05 mol/L FeCl₃•6H₂O溶液和0.5 g牡蛎壳粉放入到容量为50 ml的聚四氟乙烯衬套中，加入搅拌子，放在磁力搅拌器上，搅拌混合两个小时，然后将封闭好的聚四氟乙烯衬套放入反应釜中, 并将其置于烘箱中160℃反应10小时，冷却到室温后，过滤、洗涤、干燥。得到牡蛎壳粉表面负载粒径约为 50 nm 的α-Fe₂O₃纳米颗粒。

实施例3：

将40 ml浓度为0.1 mol/L FeCl₃•6H₂O溶液和0.5 g牡蛎壳粉放入到容量为50 ml的聚四氟乙烯衬套中，加入搅拌子，放在磁力搅拌器上，搅拌混合两个小时，然后将封闭好的聚四氟乙烯衬套放入反应釜中, 并将其置于烘箱中160℃反应10小时，冷却到室温后，过滤、洗涤、干燥。得到牡蛎壳粉表面负载粒径约为2 µm左右的α-Fe₂O₃纳米颗粒。